Применение методов акустической эмиссии и вибродиагностики при испытаниях композитных образцов на сжатие

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена методология совместного применения акустико-эмиссионной диагностики (АЭД), вибродиагностики (ВБД) и видеосъемки для мониторинга несущей способности образцов из полимерного композитного материала (ПКМ) при испытаниях на сжатие. Испытываемые образцы, вырезанные из композитной панели, были разделены на пять групп по два образца в каждой. Перед испытанием на сжатие образцы второй группы подвергались ударному воздействию с энергией 50 Дж, третьей — 70 Дж, четвертой — 90 Дж, пятой — 110 Дж. Оценка состояния поврежденности образцов в процессе сжатия осуществлялась с применением АЭД, ВБД и видеосъемки. Полученные результаты подтвердили высокую эффективность комплексного применения этих методов. Их совместное применение позволило не только осуществлять мониторинг уровня несущей способности образцов в режиме нагружения, но и на стадии предельного деформирования материала отслеживать последовательность механизмов эволюции разрушения многослойного углепластика при сжатии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Юрий Григорьевич Матвиенко

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: ygmatvienko@gmail.com
SPIN-код: 2085-8281
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Игорь Евгеньевич Васильев

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: vie01@rambler.ru
SPIN-код: 2770-5114
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Валерий Юрьевич Фурсов

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: 97dis@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-0456-7034
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Список литературы

  1. ГОСТ 33495—2015. Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие после удара. М.: Стандартинформ, 2016. 20 с.
  2. ASTM D 7137 / D7137M — 17. Standard Test Method for Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates / TBT Committee. Last Up. June 14. 2023. 16 p.
  3. Composite Materials. Handbook. V. 3. Polymer matrix composites materials usage, design, and analysis. Series MIL-HDBK-17/Department of Defense USA. Fort Washington: Materials Sciences Corporation. 2002.
  4. Дударьков Ю.И., Лимонин М.В. Экспериментальные исследования влияния энергии низкоскоростного удара на остаточную прочность силовых панелей из ПКМ // Механика композиционных материалов и конструкций. 2024. Т. 30. № 1. С. 72—84.
  5. Голован В.И., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений // Труды МАИ. 2021. № 110. С. 5—26.
  6. Мольков О.Р., Больших А.А. Методика по определению уровня деградации упругих свойств композитных панелей больших толщин под воздействием низкоскоростных ударных воздействий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. № 8. С. 1—22.
  7. Митряйкин В.И., Беззаметнов О.Н. Прочность многослойных пластин с ударными повреждениями // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2022. Т. 164. Кн. 2—3. С. 206—220.
  8. Кудрявцев О.А., Оливенко Н.А., Сапожников С.Б., Игнатова А.В., Безмельницын А.В. Оценка повреждений и остаточной прочности слоистого композита после низкоскоростного удара с использованием индикаторных покрытий // Механика композитных материалов. 2021. Т. 57. № 5. С. 839—852.
  9. Wagih A., Sebaey T. A., Yudhanto A. and Lubineau G. Post-impact flexural behavior of carbon-aramid/epoxy hybrid composites // Composite Struct. 2020. V. 239. P. 1120—1122.
  10. Sun C., Hallett R. Failure mechanisms and damage evolution of laminated composites under compression after impact (CAI): Experimental and numerical study // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. V. 104. Р. 41—59.
  11. Махутов Н.А., Васильев И.Е., Фурсов В.Ю., Скворцов Д.Ф. Комплексное применение методов акустической эмиссии и вибродиагностики при статических испытаниях образцов на растяжение с комбинированным концентратором // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2024. № 4. С. 86—92.
  12. Васильев И.Е. Комплексное определение деформированного, поврежденного и предельного состояния при механическом воздействии / Дис. … доктора техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024. 331 с.
  13. Матвиенко Ю.Г., Махутов Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В. Мониторинг кинетики разрушения композитных материалов с применением акустико-эмиссионной диагностики // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. № 11. С. 53—66.
  14. Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В. Применение акустической эмиссии и видеорегистрации для мониторинга кинетики повреждений при сжатии композитных образцов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 4. С. 45—61.
  15. Бигус Г.А., Даниев Ю.Ф., Быстрова Н.А., Галкин Д.И. Основы диагностики технических устройств и сооружений. M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 445 с.
  16. Егорова Е.В., Аксяитов М.Х., Рыбаков А.Н. Методы повышения эффективности вейвлет преобразований при обработке, сжатии и восстановления радиотехнических сигналов / Монография. Тамбов: Консалт. Комп. «Юком», 2019. 84 с.
  17. Иванов В.Э., Ун Чье Ен. Модульные вейвлет фильтры: модели, алгоритмы и средства / Под ред. Уна Чье Ена. Хабаровск: Изд. ТОГУ, 2020. 175 с.
  18. Mallat S.G. A Wavelet Tour of Signal Processing. The Sparse Way. Elsevier: Academic Press, 2009. 805 p.
  19. Асламов Ю.П., Асламов А.П., Давыдов И.Г., Цурко А.В. Эффективность использования скалограммы для оценки технического состояния роторного оборудования // Доклады БГУИР. Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. 2018. Т. 112. № 2. С. 12.
  20. Гулай А.В., Зайцев В.М. Интеллектная технология вейвлет-анализа вибрационных сигналов // Доклады БГУИР. Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. 2019. Т. 126. № 7—8. С. 101—108.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Повреждения на лицевой (а) и боковой (б) поверхностях образца после ударного воздействия с уровнем энергии 90 Дж.

Скачать (810KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Образец ПКМ при испытаниях на сжатие на стенде MTS-50: 1 — испытываемый образец; 2, 3 — ПАЭ, закрепленные на его поверхности; 4 — самоцентрирующаяся оправка; 5 — верхняя траверса; 6 — оправка пуансона; А и В — акселерометры.

Скачать (459KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вид сбоку разрушений образцов, отмеченных стрелками, возникших при сжатии, вызвавших локальную потерю устойчивости и снижение несущей способности: Е = 0 Дж (а); 50 Дж (б); 70 Дж (в); 90 Дж (г); 110 Дж (д).

Скачать (285KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты АЭД, зарегистрированные при испытании на сжатие образца, подвергнутого ударному воздействию с уровнем энергии 110 Дж.

Скачать (527KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Динамика изменения показателей несущей способности ВWH и ВWC слоистого углепластика при испытаниях на сжатие образцов (а, б) без удара и с энергией 50 Дж (в, г), 70 Дж (д, е), 90 Дж (ж, з), 110 Дж (и, к).

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сигнал, зарегистрированный акселерометром А при испытаниях образца без ударного воздействия, в процессе смятия его торцов, расслаивания пакета ПКМ и потери несущей способности при повышении усилия сжатия до Р = –45,6 кН.

Скачать (192KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Скалограмма частотно-временного распределения амплитуд ускорений импульсов макроразрушений, зарегистрированных в период потери образцом несущей способности.

Скачать (212KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Смятие и расслаивание слоистого углепластика вблизи нижнего (а) и верхнего (б) торцов образца.

Скачать (505KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Сигнал, зарегистрированный акселерометром А при испытаниях образца после ударного воздействия с энергией 90 Дж, в процессе смятия его торцов, расслаивания, прогиба, локального выпучивания, слома наружных слоев и потери несущей способности при повышении усилия сжатия до Рmax = –50 кН.

Скачать (174KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Потеря образцом несущей способности при испытаниях на сжатие (а), вызванная расслаиванием, выпучиванием и сломом наружных слоев (б) в месте удара: 1 — образец; 2 — преобразователи акустической эмиссии; 3 — акселерометр А; → — деламинация и слом слоев углепластика.

Скачать (242KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Скалограмма частотно-временного распределения амплитуд ускорений импульсов макроразрушений, зарегистрированных в период потери образцом несущей способности.

Скачать (233KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025